DE2333743A1 - Verfahren und vorrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen

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Description

25.6.1973
Anlage zur
Patentanmeldung
ROBE R T BO SCH GMBH, 7 Stuttgart 1
Verfahren und Vorrichtung zur Abgasentgiftung von
Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Massenverhaltnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (λ-Regelung) und einer der Regeleinrichtung vorgeschalteten Vergleichseinrichtung, an die einerseits eine Abgas-Meßsonde angeschlossen ist und an die andererseits ein Vergleichssignal angelegt ist.
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Wird bei einer Brennkraftmaschine das Massenverhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases beeinflusst, so geschieht dies in bekannter Weise mit Hilfe einer im Abgasstrom der Brennkraftmaschine angebrachten Abgas-Meßsonde und mit einer Regeleinrichtung, die abhängig vom Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde eine entsprechende Vergrösserung bzw. Verringerung der augenblicklich zugegebenen Kraftstoffmenge zu der zugeführten Luftmenge bewirkt. Es ist bekannt, dass sich diese Veränderung des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches sowohl bei mit Vergasern ausgerüsteten Brennkraftmaschinen als auch bei mit Einspritzanlagen versehenen Brennkraftmaschinen vornehmen lässt. Die verwendeten Regeleinrichtungen zur Beeinflussung des Massenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches haben vorzugsweise Integralverhalten, so dass bei längerwährender Abweichung vom Sollwert der Abgaszusammensetzung eine immer stärkere Korrektur des Massenverhältnisses des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen wird.
Die bei derartigen Einrichtungen verwendeten Abgas-Meßsonden sind dabei so aufgebaut, dass sie bei einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch eine hohe Spannung geben und bei einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch eine niedrige Spannung liefern. Der Übergang von der hohen zu der niederen Spannung erfolgt bei der Luftzahl X. = 1 nahezu sprungartig, weil bei geringfügig grösseren Luftzahlen plötzlich unverbrannter Sauerstoff im Abgas vorliegt. '
Durch die Regelung der Luft zahl λ-, d.h. der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf einen Wert von vorzugsweise
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X = 0,98 erreicht man, dass die Grundemission an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen schon einen sehr niederen Wert annimmt. Daher genügt im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine ein einfacher Thermo-Reaktor zur Nachverbrennung dieser Bestandteile. Trotzdem bleibt ein gewisser Überschuss an Kohlenmonoxid erhalten, d.h. die Abgase sind bei Eintritt in einen zweiten, im Auspuffsystem der Brennkraftmaschine angeordneten katalytischen Reaktor schwach reduzierend. Eine solch schwach reduzierende Zusammensetzung der Abgase ergibt eine optimale Reduktionswirkung des zweiten katalytischen Rekators.
Nachteilig bei der beschriebenen Λ -Regelung ist, dass das Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde (λ-Sonde) stark temperaturabhängig ist, d.h., dass die Ausgangsspannung mit der Abgastemperatur stark schwankt. Ausserdem verändert sich die Ausgangsspannung der Abgas-Meßsonde als Folge der natürlichen Alterung und des Verschleisses. Durch diese Veränderungen des Ausgangssignales der Abgas-Meßsonde kommt es zu Ungenauigkeiten bei der Regelung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, so dass die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Hinblick auf besonders schadstoffarmes Abgas nicht mehr optimal ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dessen Hilfe es möglich ist, die obengenannten, die λ, -Regelung verfälschenden Einflüsse auszuschalten. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Änderungen der Abgastemperatur, die zu wesentlichen Teilen für die Änderung des Ausgangssignales der Abgas-Meßsonde verantwortlich sind, durch Laständerungen der Brennkraftmaschine ausgelöst werden.
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Die beschriebene Aufgabe wird dadurch gelöst, dass gemäns der Erfindung ein mit der Belastung der Brennkraftmaschine veränderbares Korrektursignal gebildet wird und dass mit Hilfe des Korrektursignales das Vergleichssignal für die Vergleichseinrichtung beeinflusst wird.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zu schaffen, die einfach und zweckmässig im Aufbau ist, und die sich im rauhen Betrieb eines Kraftfahrzeuges bewährt.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Vergleichseinrichtung einen als Komparator geschalteten Verstärker aufweist, an dessen ersten Eingang die Abgas-Meßsonde und an dessen zweiten Eingang eine das Vergleichssignal bildende Referenzsignalquelle sowie ein das lastabhängige Korrektursignal lieferndes Korrekturglied angeschlossen sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den zugehörigen Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Abgasentgiftungseinrichtung in schemati-
scher Darstellung,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Ausgangsspannung einer Abgas-Meßsonde über der Luftzahl /. aufgetragen ist,
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Fig. 3 den Stromlaufplan einer Regeleinrichtung für die Luftzahl λ. ,
Fig. 4· den Stromlaufplan eines Korrekturgliedes zur Beeinflussung der Regeleinrichtung,
Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Korrekturgliedes zur Beeinflussung der Regeleinrichtung,
Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 7 ein viertes Ausführungsbeispiel und
Fig. 8 ein fünftes Ausführungsbeispiel zur Beeinflussung der Regeleinrichtung zur Regelung der Luftzahl 7.
In Fig. 1 ist eine mit 11 bezeichnete Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine dargestellt. Die Verbrennungsluft wird über ein Luftfilter 12 und ein Ansaugrohr 13 angesaugt. Im Ansaugrohr 13 der Brennkraftmaschine 11 ist eine Drosselklappe 15 angeordnet, welche mit Hilfe eines weiter nicht dargestellten Be>schleunigungshebels (Gaspedal) verstellbar ist. Weiterhin liegt im Ansaugrohr 13 der Brennkraftmaschine 11 zwischen dem Luftfilter 12 und der Drosselklappe 15 ein Luftmengenmesser 14, der als Stauscheibe ausgebildet ist und einen elektrischen Ausgang aufweist. Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine 11 ist ein Einspritzventil 16 zugeordnet, das unmittelbar vor dem Einlassventil Kraftstoff in das Ansaugrohr einspritzt. Von diesen Einspritzventilen 16 ist in Fig. 1 nur eines dargestellt. Dieses wird über eine Kraftstoffleitung 17 mit Kraftstoff versorgt.
An die Auslassventile der Brennkraftmaschine 11 ist eine Abgas-Sammelleitung 18 angeschlossen, die in einen Thermo-Reaktor 19 mündet. Der Thermo-Reaktor 19 ist ausgangsseitig mit einem katalytischen Reaktor 20 verbunden. An den katalytischen Reaktor 20 schliesst sich über eine Abgasleitung eine nicht dargestellte Schalldämpferanlage an.
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In die Wand der vom Thermo-Reaktor 19 zum katalytischer! Reaktor 20 führenden Rohrleitung ist ein als Abgas-Meßsonde dienender Sauerstoff-Messfühler 22 eingebaut, dem eine Regeleinrichtung 24- nachgeschlatet ist. Mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 11 ist ein Impulsgeber 23 verbunden. Dieser gibt synchron zur Kurbelwellendrehzahl Ansteuerimpulse für eine Transistorschalteinrichtung 25 ab. Die Transistorschalteinrichtung 25 formt Impulse, deren Dauer für die Öffnungszeit des Einspritzventils 16 massgeblich ist. Diese Öffnungszeit wird von den Ausgangsspannungen des Luftmengenmessers 14- und der Regeleinrichtung 24· beeinflusst. Deshalb sind die elektrischen Ausgänge der Regeleinrichtung 24 und des Luftmengenmessers 14- mit Korrektureingängen A, B der Transistorschalteinrichtung 25 verbunden. Das Einspritzventil 16 wird mit Hilfe einer Magnetwicklung betätigt, die an den Ausgang der Transistorschalteinrichtung 25 angeschlossen ist.
In Fig. 2 ist in einem Diagramm die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 über dem Luftzahl /. aufgetragen. Als Parameter ist die Abgastemperatur eingetragen, die sich in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine 11 ändert. Aus diesem Diagramm ist zu entnehmen, d ass die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 in dem Bereich eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemisches, d.h. bis zur Luftzahl A- ungefähr eins einen hohen Wert einnimmt. Bei der Luftzahl '/*= 1 springt die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 auf einen niedrigen Wert und bleibt im Bereich mageren Kraftstoff-Luft-Gemisches auf diesem Wert. Die bei 26 dargestellte Kurve gilt dabei für eine hohe Abgastemperatur, und die bei 27 dargestellte Kurve für eine niedrige Abgastemperatur. Aus diesem
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Diagramm ist zu entnehmen, dass die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 stark mit der Abgastemperatur, d.h. mit der Last der Brennkraftmaschine 11, die für die Abgastemperaturschwankungen verantwortlich ist, schwankt. Weiterhin ist auch das Alter des Sauerstoff-Messfühlers 22 von Einfluss auf dio Ausgangsspannung. Hier wird mit zunehmendem Alter und damit mit zunehmendem Verschleiss der Sonde die Ausgangsspannung ebenfalls geringer.
In Fig. 3 ist ein Stromlaufplan der Regeleinrichtung 24 gezeigt. Der Sauerstoff-Messfühler 22 ist mit seinem ersten Anschluss mit einer gemeinsamen Versorgungsleitung 28 verbunden. Der zweite Anschluss des Sauerstoff-Messfühlers 22 führt zur Basis eines Transistors 29» dessen Kollektor ebenfalls mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 28 verbunden ist. An den Emitter des Transistors 29 ist die Reihenschaltung zweier Widerstände 30 und 31 angeschlossen, von denen der Widerstand 31 mit dem Emitter eines Transistors 32 Verbindung hat. Der Kollektor dieses Transistors 32 führt zu einer gemeinsamen Versorgungsleitung 33· Mit der Basis des Transistors 32 ist dabei ein einseitig mit an die Versorgungsleitung 33 angeschlossener Widerstand 3^ und eine einseitig an die Versorgungsleitung 28 angeschlossene Zener-Diode 35 verbunden. Zwischen die Basis des Transistors 32 und die gemeinsame Versorgungsleitung 28 ist die Reihenschaltung zweier Widerstände 36 und 37 geschaltet, wobei an den Verbindunjgspunkt dieser beiden Widerstände der nicht invertierende Eingang eines als Vergleichsschalteinrichtung betriebenen Operationsverstärkers 38 angeschlossen ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 38 ist mit dem Verbindungspunkt der
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Widerstände 30 und 31 zusammengesehaltet. Die Betriebsspannung des Operationsverstärkers 38 wird über Leitungen 39 und 40 zugeführt, die einerseits mit der Versorgungsleitung 28 und andererseits mit der Versorgungsleitung 33 Verbindung haben. Der als Vergleichseinrichtung dienende Operationsverstärker 38 hat eine durch den Spannungsteiler aus den Widerständen J>6 und 37 vorgegebene Schaltschwelle. Wird diese Schaltschwelle durch die an dem Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 anliegende Spannung erreicht, schaltet der Operationsverstärker 38 von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand um. Dem Ausgang des Operationsverstärkers 38 ist ein Arbeitswiderstand 41 nachgeschaltet, der einseitig mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 33 verbunden ist. Weiterhin sind an den Ausgang des Operationsverstärkers 38 zwei V/iderstände 42 und 43 angeschlossen, die die Basisvorwiderstände zweier Transistoren 44 und 45 bildet. Der Emitter des Transistors 44 ist dabei an den Verbindungspunkt zweier Widerstände 46 und 47 angeschlossen und der Emitter des Transistors 45 ist mit dem Verbindungspunkt zweier Widerstände 48 und 49 zusammengeschaltet. Die vier Widerstände 46, 47, 48 und 49 bilden eine Reihenschaltung, die zwischen die gemeinsamen Versorgungsleitungen 33 und 28 gelegt ist. die Kollektoren der Transistoren 44 und 45 sind miteinander verbunden, wobei eine Verbindungsleitung zu dem Eingangswiderstand 50 führt, der an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 61 angeschlossen ist. Zwischen den invertierenden Eingang und den Ausgang des Operationsverstärkers 51 ist ein Integrierköndensator 51 geschaltet. Mit dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers ist ein Eingangswiderstand 53 verbunden, der an den Verbindungspunkt der Widerstände 47 und 48 angeschlossen ist. Die
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Versorgungsspannung des Operationsverstärkers 51 wird über Leitungen 54 und 55 zugeführt, wobei diese Leitungen 5^ und an die gemeinsamen Versorgungsleitungen 23 und 28 angeschlossen sind. Mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 51 ist ein Arbeitswiderstand 56 verbunden. Weiterhin ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 51 ein V/iderstand 57 verbunden, der zu einem weiter nicht dargestellten Stellglied führt, das beispielsweise ein Widerstand in der Transistorschalteinrichtung 25 sein kann, wobei mit einer Spannungsänderung am Ausgang des Operationsverstärkers 51 und damit an dem Widerstand in der Transistorschalteinrichtung 25 die Einspritzzeit des Einspritzventils 26 geändert werden kann.
Mit dem nicht invertierenden Eingang des als Vergleichseinrichtung dienenden Operationsverstärkers 38 ist ein Korrekturglied 58 angeschlossen, welches die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 lastabhängig ändert. Dies bedeutet, dass wenigstens ein die Last der Brennkraftmaschine charakterisierender Betriebsparameter erfasst wird, und dass entsprechend diesem Betriebsparameter das Potential am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 38 verschoben wird.
Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung wird mit Hilfe der Zenerdiode 35 eine Referenzspannung erzeugt, so dass die über dem Spannungsteiler aus den Widerständen 36 und 37 liegende Spannung sehr genau ist, so dass die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 genau bestimmt ist. Über den Emitterfolger 29, 30 wird die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 abgenommen, wobei sich die Emitter-Basis-Spannung des Transistors 29 zu dem Ausgangssignal des Sauer-
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stoff-Messfühlers 22 addiert. Um den Einfluss dieser temperatur abhängigen Spannung UER zu kompensieren, wird in an sich bekannter Weise der Transistor 32 verwendet. Dabei sind die Emitter-Widerstände 30 bzw. 31 der Transistoren 29 bzw. 32 so bemessen, dass der Widerstandswert der beiden Widerstände gleich ist. Damit ist das Eingangssignal des Schwellwertschalters 10 weitgehend unabhängig von Temperaturschwankungen in der Umgebung der Bauelemente. Soll der Operationsverstärker bei einer bestimmten Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 von einem Schaltzustand in den anderen umschalten, so wird mit Hilfe des Widerstandes 37 für diese Ausgangsspannung die Differenzspannung zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers 38 auf 0 Volt abgeglichen. Erhöht sich die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 über diese Schwelle hinaus, so ergibt sich eine negative Differenzspannung und der Operationsverstärker schaltet in seinen ersten Schaltzustand. Sinkt dagegen die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 unter den eingestellten Schwellwert, so ergibt sich eine positive Differenzspannung und der Operationsverstärker 38 schaltet in seinen zweiten Schaltzustand. Am Ausgang des Operationsverstärkers 38 kann so bei grossem Spannungshub festgestellt werden, ob die Ausgangsspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 oberhalb oder unterhalb der gewünschten Schaltschwelle liegt.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 38 wird über das Netzwerk aus den Transistoren 44 und 45 sowie aus den Widerständen 42, 43 und 46, 47, 48 sowie 49 auf die Eingänge des Operationsverstärkers 51 gegeben. Das Netzwerk aus den Transistoren 44 und 45 sowie aus den Widerständen 42, 4-3, 46, 47, 48 und 49 dient dabei zur Veränderung bzw. zur Anpassung.
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des Spannungshubes. Ist beispielsweise das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 38 positiv, dann ist der Transistor 45 leitend und über den Widerstand 50 fliesst ein Strom vom invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 51· Wegen der Rückkopplung des Ausgangssignales des Operationsverstärkers 51 über den Integrierkondensator 52 erfolgt eine Linearänderung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 33· Bei einem negativen Ausgangssignal des Operationsverstärkers 38 wird dagegen der Transistor 44 leitend und der als Integrator betriebene Operationsverstärker 51 integriert in der anderen Richtung. Dadurch wird das am Ausgang des Operationsverstärkers 51 anliegende Signal in der einen oder anderen Richtung verändert. Dieses Signal wird, wie schon beschrieben, auf die Transistorschalt einrichtung 25 gegeben und verändert dort die Öffnungszeit des Einspritzventiles 16.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 51 kann aber auch dazu dienen, bei einer mit einem Vergaser arbeitenden Kraftstoffaufbereitungsanlage die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf mechanischem V/ege zu verändern, indem über ein elektromagnetisches Betätigungsglied in dem Vergaser bzw. in den Kraftstoff- oder LuftZuführungswegen eingegriffen wird oder auf der Abgasseite ein stöchiometrisches Gasgemisch beispielsweise durch Sekundärluftzugabe hergestellt wird.
In Fig. 4 ist dargestellt, wie das Korrekturglied 58 zur Verschiebung der Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 realisiert werden kann. Infolge Veränderungen der Last der Brennkraftmaschine 11 verändert sich auch,die Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine und damit tritt eine Veränderung des zeitlichen Maximalwertes der Ausgangsspannung des Sauer-
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stoff-Messfühlers 22 ein. Die Schaltschwelle des Operationsverstärkers müsste deshalb auf die niedrigste vorkommende Sondentemperatur abgeglichen sein. d.h. bei steigender Sondentemperatur würde die einmal eingestellte Schaltschwelle des Operationsverstärkers einem λ entsprechen, das nicht mehr die optimale Abgaszusammensetzung gewährleistet. Deshalb wird über das Korrekturglied 58 die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 sondentemperaturabhängig verändert. Zu diesem Zweck ist ein NTC-Widerstand 58 vorgesehen, der in Reihe zu einem Widerstand 59 geschaltet ist. Beide Widerstände 58 und 59 sind dem Spannungsteiler aus den V/iderständen 36 und parallel geschaltet, wobei zwischen den Yerbindungspunkt der Widerstände 36 und 37 sowie zwischen den Verbindungspunkt des NTC-Widerstandes 58 und des Widerstandes 59 ein Querwiderstand 60 geschaltet ist. In Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases verändert sich die Spannung am Abgriff des Spannungsteilers aus den V/iderständen 58 und 59· Die Spannungsänderung erfolgt dabei so, dass bei hoher Temperatur die Spannung am Abgriff der Widerstände 53 und 59 gross wird, bei niedriger Temperatur dagegen diese Spannung klein ist. Bei hoher Temperatur wird also über den Widerstand 60 der die Schaltschwelle bestimmenden Spannungsteiler so beeinflusst, dass an dem nicht invertierenden, die SchaltschwelIe des Operationsverstärkers 38 bestimmenden Eingang eine höhere Spannung anliegt und bei niedrigeren Temperaturen eine niedrigere Spannung anliegt. Dies bedeutet, dass bei hohen Temperaturen im Abgas der Brennkraftmaschine die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 höher, bei" niedrigen Temperaturen die Schaltschwelle niedriger ist.
Der Lastzustand der Brennkraftmaschine 11 wird auch durch die Stellung des Beschleunigungshebels (Gaspedal) der Brenn-
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kraftmaschine charakterisiert. Ebenso wird der Lastzustand der Brennkraftmaschine 11 durch die Stellung der Drosselklappe 15 im Ansaugrohr 13 der Brennkraftmaschine 11 charakterisiert. Aus diesem Grund kann auch die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe bzw. der Stellung des Beschleunigungshebels der Brennkraftmaschine 11 verändert werden. Dabei ist es u.U. zweckmässig, eine zeitliche Verzögerung der Korrektur des Schwellwertes des Operationsverstärkers 38 gegenüber der Bewegung der Drosselklappe 15 bzw. des Beschleunigungshebels vorzusehen. Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Korrekturgliedes, das in die Regeleinrichtung nach Fig. 3 eingreift, ist in Fig. dargestellt. Parallel zu dem Spannungsteiler aus den Widerständen 36 und 37 ist ein veränderbarer Widerstand 61 geschaltet. Der Abgriff dieses Widerstandes 62 ist mit der Drosselklappe 15 gekoppelt und wird bei einer Bewegung der Drosselklappe 15 verschoben. Der Abgriff 62 ist über einen Widerstand 63 mit einem Kondensator 64 verbunden, der einseitig an die gemeinsame Versorgungsleitung 28 angeschlossen ist. Weiterhin ist der Widerstand 63 mit einem Widerstand 65 verbunden, der an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 38 angeschlossen ist, an den auch der Abgriff des die Schaltschwelle bestimmenden Spannungsteilers 36, 37 angeschlossen ist. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird bei Vollaststellung der Drosselklappe eine positive Spannung abgegriffen, so dass der Schwellwert des Operationsverstärkers zu höheren Spannungen hin verschoben wird. Bei Abgriff der Leerlaufspannung wird der Schwellwert zu niederen Spannungen hin verschoben. Mit Hilfe des Kondensators 64 wird bewirkt, dass der Schwellwert des Operationsverstärkers 38 mit einer bestimmten Verzögerung gegenüber der Bewegung der Drosselklappe korrigiert wird.
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Ein noch besseres indirektes Mass für die Belastung der Brennkraftmaschine bzw, für die Abgastemperatur ist der Gasdurchsatz der Brennkraftmaschine. Ein Signal für den Gasdurchsatz kann beispielsweise aus der Drehzahl der Brennkraftmaschine 11 und der Drosselklappenstellung erhalten werden. Ein Korrekturglied, das zur Korrektur des Schwellwertes des Operationsverstärkers 38 in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Drosselklappe dient, ist in Fig. 6 dargestellt. Dieses Korrekturglied weist eine monostabile Kippstufe 66 auf. Diese monostabile Kippstufe hat in bekannter Weise zwei Transistoren 67 und 68, wobei zwischen den Kollektor des Transistors 68 und die Basis des Transistors 67 ein Kondensator 70 geschaltet ist. An die Basis des Transistors 67 wird über eine Diode 71 und einen Koppelkondensator 72 ein insbesondere vom Unterbrecherkontakt der Zündanlage der Brennkraftmaschine ausgelöstes Signal angelegt. Mit dem Verbindungspunkt der Diode 71 und des Kondensators 72 sind zwei Widerstände 73 und 74- verbunden, von denen der eine an die gemeinsame Versorgungsleitung 33 und von denen der andere an die gemeinsame Versorgungsleitung 28 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 67 ist weiterhin mit einem Widerstand 75 verbunden, an den ein einstellbarer Widerstand 76 angeschlossen ist. Dieser einstellbare Widerstand 76 ist einseitig mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 33 verbunden. Der Abgriff des einstellbaren Widerstandes 76 ist mit Hilfe der Drosselklappe 15 der Brennkraftmaschine 11 verstellbar. Die Kollektoren der beiden Transistoren 67 und 68 sind über je einen Arbeitswiderstand 77 bzw. 78 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 33 verbunden. An den Kollektor des Transistors 67 ist weiterhin ein Widerstand 79 angeschlossen, der wiederum über einen Widerstand 80 mit dem Abgriff des die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 bestimmenden
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Spannungsteilers aus den Widerständen 36 und 37 verbunden ist. An den Verbindungspunkt der Widerstände 79 und 80 ist ein Kondensator 81 angeschlossen, der einseitig mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 28 Verbindung hat. Die Widerstände 79» 80 und der Kondensator 81 bilden einen Tiefpass.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Korrekturgliedes ist folgende:
Bei jedem Zündvorgang des Motors wird über das Differenzierglied aus dem Kondensator 72 und den Widerständen 73 und 74-die monostabile Kippstufe ausgelöst. Dadurch wird die von der monostabilen Kippstufe abgegebene Impulsfrequenz proportional zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine 11. Die Zeitdauer der Einzelimpulse der monostabilen Kippstufe wird durch den Kondensator 70 und die Widerstände 75 und 76 bestimmt. Da der Widerstandswert des Widerstandes 76 abhängig von der Stellung der Drosselklappe 15 im Ansaugrohr 13 der Brennkraftmaschine ist, ergibt sich bei Vollast der Brennkraftmaschine ein grosser Widerstandswert und bei Leerlauf ein kleiner Widerstandswert. Dadurch gibt die monostabile Kippstufe 66 bei Vollast lange Impulse und bei Leerlauf kurze Impulse an den nachfolgenden Tiefpass ab. Dieser formt aus der Impulsfolge den arithmetischen Mittelwert, so dass die Spannung an dem Kondensator 81 proportional zu dem Produkt aus Impulsfrequenz und Motorleistung bzw. Benzinmenge je Hub wird. Aus diesem Produkt ist der Gasdurchsatz pro Zeiteinheit zu entnehmen, so dass das an dem Verbindungspunkt des Spannungsteilers 36, anliegende Signal der gewünschten Korrekturgrösse für die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 entspricht.
Bei Einspritzanlage mit elektronisch gesteuerter Benzinein-
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spritzung entspricht der zeitliche Mittelwert der Einspritzimpulse ebenfalls dem Gasdurchsatz. Wird deshalb bei dem in Pig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel dem Tiefpass anstelle der Impulsfolge aus der monostabilen Kippstufe die Impulsfolge der Einspritzimpulse zugeführt, so entspricht diese Impulsfolge wiederum dem Gasdurchsatz je Zeiteinheit und ergibt damit wieder die gewünschte Korrekturgrösse.
Wird das in Fig. 5 bei 61 dargestellte Potentiometer nicht an der Drosselklappe 15 im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine, sondern an dem Luftmengenmesser 14 angebaut, so kann dort direkt der gewünschte Gasdurchsatz je Zeiteinheit als Spannungssignal abgegriffen werden und als Korrekturgrösse dem Spannungsteiler aus den Widerständen 36 und 37 zugeführt werden.
Das genaueste Mass für die Temperatur des Sauerstoff-Messfühlers 22 ist die jeweilige Maximalspannung des Sauerstoff-Messfühlers 22 selbst. Um diese Maximalspannung zu messen, und die Schaltschwelle auf einen bestimmten Bruchteil dieser Maximalspannung zu legen, ist ein zweiter Messfühler 82 vorgesehen. Dieser Messfühler 82 wird in der Nähe des eigentlichen Sauerstoff-Messfühlers. 22 angeordnet. Er besteht aus gleichem Material wie der Sauerstoff-Messfühler, ist aber so abgeändert, dass er nur die Temperatur des Abgases annimmt, jedoch nicht die Zusammensetzung des Abgases misst. Der Messfühler 82 bekommt immer ein fettes Gemisch vorgetäuscht, wenn beispielsweise bei einem aus Zirkonoxid bestehenden Sauerstoff-Messfühler 22 die dem Abgas zugewandte Seite des Messfühlers 22 mit einem für Sauerstoff-Ionen nicht durchlässigen Schutzüberzug versehen ist. Der Messfühler 82 liefert dann immer dieX-^1 entsprechende Maximal spannung für die jeweilige
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Abgastemperatur und kann so für den eigentlichen Sauerstoff-Messfühler 22 als Referenzspannungsquelle bezüglich der Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 Verwendung finden.
Ein Korrekturglied 58 das mit einem zweiten Messfühler der eben beschriebenen Art aufgebaut ist, ist in Fig. 7 dargestellt. Der Spannungsteiler 36 und 37» mit dessen Hilfe die Schaltschwelle des Operationsverstärkers 38 bestimmt wird, ist hier an den Emitter des Transistors 32 angeschlossen. Dabei ist der Widerstand 37 mit dem Emitter eines Transistors -83 verbunden, dessen Kollektor mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 28 Verbindung hat. An die Basis des Transistors 83 ist der zweite Messfühler 82 angeschlossen, der immer ein der jeweiligen Maximalspannung der gerade vorliegenden Temperatur entsprechendes Ausgangssignal liefert. Durch diese Schaltungsart wird an den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers die von dem zweiten Messfühler 82 gelieferte Spannung angelegt, die immer der jeweiligen Abgastemperatur möglichen Sondenmaximalspannung bzw. einem vorgegebenen Bruchteil dieser Spannung entspricht. Diese Spannung wird am anderen Eingang mit der von dem Sauerstoff-Messfühler 22 gelieferten Spannung verglichen und der Komparator schaltet dann bei Unter- bzw. Überschreiten der vorgegebenen Spannung in einen seiner beiden Schaltzustände.
Bei Anordnung des Sauerstoff-Messfühlers 22 im Abgasstrom der Brennkraftmaschine 11 wird es aufgrund verschiedener Totzeiten der Regeleinrichtung (Gaslaufzeiten) immer wieder vorkommen, dass der Sauerstoff-Messfühler 22 kurzzeitig seine Maximal- oder Minimalspannung abgibt. Wird deshalb dieser kurzzeitig auftretende Maximalspannungswert des Sauerstoff-
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Messfühlers 22 erfasst, so ist die dabei erhaltene Spannung ein Mass für die augenblickliche Sondentemperatur und kann wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 als Beferenzsignal für die Schaltschwelle der Operationsverstärker 58 dienen.
Ein Ausführungsbeispiel zur Erfassung der kurzzeitig auftretenden Sonden-Maximalspannung ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 31 und 30 der invertierende. Eingang des Operationsverstärkers 38 angeschlossen. Ebenfalls an diesen Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 ist ein Transistor 84 mit seiner Basis angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors 84 ist über einen Widerstand 85 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 33 verbunden. Der Kollektor des Transistors 84 ist direkt an die gemeinsame Versorgungsleitung 28 angeschlossen. An den Emitter des Transistors 84 ist weiterhin die Basis eines Transistors angeschlossen, dessen Kollektor über einen Widerstand 87 mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 33 Verbindung hat. An den Emitter des Transistors 86 ist ein Kondensator 88 angeschlossen, der einseitig mit der gemeinsamen Versorgungsleitung 28 verbunden ist. Dem Kondensator 28 ist ein Spannungsteiler aus Widerständen 89 und 90 parallel geschaltet, an dessen Abgriff der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 38 angeschlossen ist.
Abhängig von dem Ausgangssignal des Sauerstoff-Messfühlers wird die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 positiver oder negativer. Diese Spannung wird über den Emitterfolger 84, 85 abgegriffen, wobei die Spannung ab Emitter des Transistors 84 um die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 84 höher ist, als am Verbindungspunkt der
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Widerstände 31 und 30. Am Emitter des Transistors 84- ist die Basis des Transistors 86 angeschlossen, dessen Emitter wiederum auf einem um die Basis-Emitter-Cpannung dieses Transistors niedriger liegenden Potential liegt. Das Potential am Emitter des Transistors 86 entspricht deshalb dem Potential am Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31· Auf dieses Potential wird auch der Kondensator 88 aufgeladen, so dass · die über diesem Kondensator 88 liegende Spannung gleich der Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 ist. Wird jetzt die Spannung am Verbindungspunkt der Widerstände 30 und 31 niedriger, so wird auch die Bacisspannung des Transistors 86 niedriger. Damit wird jedoch die Basis-Emitter-Diode des Transistors 86 gesperrt, da der Kondensator die ursprüngliche Spannung weiterhin speichert. Der Transistor wird somit als Spitzenwertgleichrichter und in dem Kondensator 88 ist immer die Spannung gespeichert, die der maximalen Sondenspannung für die jeweilige Abgastemperatur entspricht. Über den Spannungsteiler aus den Widerständen 89 und 90 wird ein entsprechender Bruchteil dieser Maximalspannung dem Operationsverstärker 38 zugeführt, der diesen Bruchteil der Spannung mit der von der Sonde gelieferten Spannung vergleicht und wiederum bei Unter- bzw. Überschreiten des vorgegebenen Maximalspannungswertes bzw. eines Bruchteils dieses Ilaximalspannungswertes in einen seiner beiden Schaltzustände umschaltet.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Vorteil aller beschriebenen Verfahren und Korrektureinrichtungen zur Korrektur des Schwellwertes des Operationsverstärkers 38 darin zu sehen ist, dass in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit der für das Abgas wichtigen optimalen Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gefahren werden kann.
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Claims (18)

  1. Bobert Bosch GmbH
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    Ansprüche
    Ί./ Verfahren zur Verminderung von schädlichen Anteilen der Abgasemission von Brennkraftmaschinen mit einer Integralverhalten aufweisenden Regeleinrichtung zur Beeinflussung des Macsenverhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches (/■ -Regelung) und einer der Regeleinrichtung vorgeschalteten Vergleichseinrichtung, an die einerseits eine Abgas-Meßsonde angeschlossen ist und an die andererseits ein Vergleichssignal angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Belastung der Brennkraftmaschine (11) veränderbares Korrektur-Signal gebildet wird, und dass mit Hilfe des Korrektursignales das Vergleichssignal für die Vergleichseinrichtung (38) beeinflusst wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Belastung der Brennkraftmaschine (11) veränderbare Korrektur-Signal durch Messung und thermo-elektrische Umformung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine (11) gebildet wird.
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  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des mit der Belastung der Brennkraftmaschine (11) veränderbaren Korrektur-Signales die Stellung des Beschleunigungshebels bzw. der Drosselklappe (15) im Saugrohr (13) der Brennkraftmaschine (11) in ein elektrisches Signal umgeformt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Belastung der Brennkraftmaschine (11) veränderbare Korrektur-Signal durch Ermittlung des Gasdurchsatzes der Brennkraftmaschine (11) gebildet wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichssignal für die Vergleichseinrichtung (38) durch das Korrektursignal verzögert beeinflusst wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine (11) und die Drosselklappenstellung im Ansaugrohr (13) der Brennkraftmaschine (11) ermittelt werden, und dass aus den beiden ermittelten Werten ein den Gasdurchsatz charakterisierendes elektrisches Signal gebildet wird.
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  7. 7· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einspritzeinrichtungen mit zeitlich steuerbaren Einspritzimpulsen zur Kraftstoffzumessung der Gasdurchsatz durch Messung und Mittelwertbildung der Dauer der Einspritziinpulse ermittelt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine (11) durch Messung der Luftmenge in den Ansaugwegen der Brennkraftmaschine (11) ermittelt wird.
  9. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung (38) einen als Komparator geschalteten Verstärker (38) aufweist, an dessen ersten Eingang die Abgasmeßsonde und an dessen zweiten Eingang eine das Vergleichssignal bildende Referenzsignalquelle (36, 37 bzw. 89, 90) sowie ein das lastabhängige Korrektursignal lieferndes Korrekturglied (58) angeschlossen wird.
  10. 10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturglied (58) einen temperaturabhängigen Widerstand (58) aufweist, der das Potential am Abgriff des als Referenzsignalquelle dienenden Spannungsteilers (36, 37) ändert. 409885/0035
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  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Korrekturglied (58) ein einstellbarer Widerstand (61) vorgesehen ist, dessen mit dem Eingang des Komparators (58) verbundener Abgriff (62) mit dem Beschleunigungshebel bzw. der Drosselklappe (15) der Brennkraftmaschine (11) verschiebbar ist.
  12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Abgriff (62) des einstellbaren Widerstandes (61) und den Eingang des Komparators (58) ein Verzögerungsglied (64-) geschaltet ist.
  13. 15· Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturglied (58) eine in Abhängigkeit von der Drehzahl, insbesondere über die Zündanlage der Brennkraftmaschine auslösbare monostabile Kippstufe (66) aufweist, deren Impulsdauer in Abhängigkeit von der Stellung des Abgriffes eines einstellbaren Widerstandes (76) veränderbar ist.
  14. 14. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgriff des Widerstandes (76) mit dem Beschleunigungshebel bzw. der Drosselklappe (15) der Brennkraftmaschine verstellbar ist.
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  15. 15· Einrichtung nach Anspruch 13j dadurch gekennzeichnet, dass der Abgriff des Widerstandes von einem im Ansaugrohr (13) der Brennkraftmaschine (11) angebrachten Luftmengenmesser verstellbar ist. «*
  16. 16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15» dadurch gekennzeich net, dass der Ausgang der monostabilen Kippstufe (66) über einen Tiefpass (79, 80, 81) mit der das Vergleichnsignal bildenden Referenzsignalquelle (36» 37) des Komparators (38) verbunden ist.
  17. 17· Einrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturglied (58) eine im Aufbau der Abgas-Keßconde entsprechende Sonde (82) aufweist, der ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gleichbleibender Zusammensetzung, insbesondere mit einer Luftzahl O zugeführt bzw. vorgetäuscht ist, wobei die Sonde (82) mit dem zweiten Eingang des Komparators (38) in V/irkverbindung steht.
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  18. 18. Einrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass das Korrekturglied (58) ein als Spitzenwertgleichrichter wirkendes Bauteil aufweist, an das das Ausgangssignal der Abgas-Meßsonde (22) angelegt ist, wobei das von dem Bauteil abgegebene Signal einer Speichereinrichtung (88) zugeführt ist, die mit dem zweiten Eingang des Komparators (38) in V/irkverbinduung steht.«
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